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[CNC 공작기계의 기술동향 분석] 4. 특허기술 발전의 추이 및 향후 전망
 
 
월간 기계기술기자 | 2011.02.11
 
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본 자료는 특허청에서 발간된 특허맵을 토대로 정리한 것이며 이에 대한 질의 사항은 남앤드남국제특허법률사무소(02)753-5477로 질문하실 수 있습니다.
 
4-1. 특허기술 발전의 추이
CNC공작기계에 있어서, 고속회전체기술에서는 설치공간 상의 자유도를 향상시킴과 동시에워크의 반입작업을 용이하게 할 수 있는 공작기계의 워크반출장치에 대한 출원과 가공하고자 하는 공작물과 같은 실물이나 모형(가공지시면)을 따라 바이트고정축이 자동적으로 이송운동을 하는 것으로 모형(가공지시면)과 같은 윤곽을 깎아내는 장치 등에 대한 출원이 주류를 이루고 있다.
 
 고속, 고정밀 기술에서는 가공 시에 발생하는 저항력을 감각적으로 파악하는 것이 가능한 역각제시식 공작기계와 스핀들 수단과 지지부 사이에서 두개의 병진자유도를 갖는 상대적 운동을 발생하기 위한 디바이스 등에 대한 기술개발이 활발이 이루어지고 있다.
 
 측정 및 제어기술에서는 단속(斷續)절삭부위인지 연속절삭부위인지에 관계없이, 공구절단칼날의 부착물 생성에 의한 공구수명연장효과를 안정되게 얻을 수 있도록 하는 가공방법과 머신툴의 동작을 검출하기 위한 장치 등에 대한 출원이 주류를 이루고 있다.
 
 자동공구 교환장치기술에서는 공구의 지탱강성이 뛰어나고 공구와 워크의 간섭이 없어 교환가능한 공구 수에 제한이 없는 자동공구교환장치부선반과 공구의 언클램프 여부를 확인하여 이에 대해 적절한 조치를 취함으로써, 자동공구교환장치의 부품들의 파손을 막고, 작업자의 안전을 보호하기 위한 기술 등에 대한 연구개발이 이루어지고 있다.
 
 냉각, 안전장치 등 기타 주변장치기술에서는 환경에 알맞게 높은 가공정밀도를 얻을 수 있는 절삭가공방법과 온도에 의존하여 길이가 변화하는 적어도 하나의 머신 부분을 갖는 머신 툴 등과 같은 기술개발이 주류를 이루고 있다.
4-2. 향후 전망
지난 50여년간의 NC 또는 CNC의 발전 단계를 정리하자면, 1950년대에 개발된 NC장치는 하드웨어에 기반하여 구성되었으며 지속적으로 하드웨어를 소프트웨어로 대체하는 방향으로 발전해 왔다.
 
 특히 1970-80년대의 전자산업 발전에 따라 마이크로프로세서에 의존적인 기능 요소들을 가진 CNC장치로 발전하였다. 하지만 이러한 CNC장치는 기존의 장치에 사용자의 기능을 추가하거나 다른 CNC 시스템과 통신하는 등의 기능을 제공하지 못하는 폐쇄형(Closed) 시스템이였다.
 
 따라서 1990년대는 CNC제조업체에 의존적인폐쇄형 CNC장치를 사용자 중심의 CNC장치로 구현하기 위한 개방형 구조 제어기(OAC, Open Architecture Controller)로 전개되어 왔다. 하지만 OAC는 사용자 그룹이 많아서 시장에서 사실상 표준화되어 있는 PC, VME 등을 기반 하드웨어로 사용함으로써 하드웨어 개방형 CNC를 구축하였으나 사용자의 다양한 요구를 만족시킬 수 있는 완전개방형 시스템, 즉 하드웨어 및 소프트웨어 관점에서의 개방형 CNC시스템을 이루지는 못하였다.
 
 따라서 향후 CNC시스템은 이런 OAC의 단점을 개선하고 네트워크 기술에 근간하여 모듈화된 각종 기능 요소들이 유기적으로 공통의 네트워크에 연결됨으로써, 소프트웨어 관점에서도 개방성을 확립한 완전 개방형 구조를 가진 소프트웨어 기술적 특징이 강한 제어장치인 소프트 NC (Soft-NC)로 발전하는 것이 예상된다.
 완전 개방형을 추구하는 Soft-NC는 시장에서 표준화된 PC를 기반 하드웨어로 채용하고, 소프트웨어 개방성을 만족하기 위해 고려되어야 하는 객체 지향 기술(object-oriented technology)에 근간하여 시스템이 분석되고 설계된다. 각 기능 소프트웨어 모듈은 소프트웨어 구현에 있어서의 컴포넌트 기술을 이용하여 개발 적용될 것이며, 각 컴포넌트들간의 결합은 실시간 분산처리의 기능을 만족시킬 수 있는 공통의 soft-bus를 이용한 시스템으로 발전할 것이다.
 
 결과적으로 이 시스템은 공작기계뿐만 아니라 로보트, 자동화 기기 등의 제어기에 공통으로 사용 가능한 구조로서, 표준 데이터 수단을 통해 CAD레벨에서부터 프로세스까지 가공 데이터의 전달을 위한 표준 데이터 포맷으로 STEP을 사용하고, 자유롭게 기능모듈을 편성하고 외부 기능 인터페이스를 수행하는 실시간 분산처리 환경을 위해 CORBA, 또는 응용 소프트웨어 모듈과 시스템 플랫폼을 연결하기 위한 응용프로그램 인터페이스(API), 외부와 통신을 위한 인터페이스(TCP/IP), 센서 및 시퀀스 제어용 I/O를 위한 다양한 필드버스, 서보계와 CNC장치의 인터페이스 표준화( SERCOS) 등이 구현된 시스템이 될 것이다.
 
 이러한 Soft-NC를 채용한 공작기계는 모듈화, 표준화, 분산화의 개념을 적용한 개방형 시스템을 적용된 공작기계로 STEP 근간의 파트프로그램을 받아 CORBA또는 API에 독립적으로 연결된 해석기, 공구경로 생성기를 통해 최종적으로 표준화된 통신환경을 통해 각 축 제어용 서보계에 전달된다. 이러한 일련의 과정이 수행되는 동안에 사용자가 임의로 추가하여 공통의 소프트버스에 연결한 운영상태 모니터링 모듈과 적응제어 모듈이 동시에 수행되어진다. 필요에 의해 자체 시스템의 기능이외에도 외부 시스템에 존재하는 응용 모듈의 기능에 접근하는 분산 네트워크 제어 기능도 가진다.
 
 따라서 향후의 NC장치는 마이크로 프로세서 및 통신 시스템의 성능 향상에 따라 좀더 지능적이고 복잡 다양한 작업을 자율 분산화된 환경으로 처리할 것이다. 즉 센서로부터 얻은 가공 프로세서 상태를 인식하여 최적 및 고정도의 가공이 이루어지도록 실시간으로 보정하는 기능을 가지며, 각 제어장치 또는 셀 제어기, 그리고 생산 계획 시스템등과 통신을 구축하고 주요 생산 테이터를 공유하여, NC스스로의 의사 결정에 따라 작업을 진행해 가는 자율 분산형 시스템으로 발전할 것이다.
결어
이상에서 CNC공작기계의 전체적인 기술동향을 정량적 분석방법에 따라 설명하였으며, 추후 보강되는 자료에는 CNC공작기계의 핵심 특허를 정성적 분석방법에 따라 설명하기로 한다.

 
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